BAB IV METODE PERHITUNGAN NILAI POROSITAS DAN PERMEABILITAS PADA BATUPASIR SEBAGAI BATUAN RESERVOIR
IV.1. Perhitungan Laboratorium Porositas.
Besarnya porositas dapat ditentukan dengan berbagai cara, yaitu : 1. Di Laboratorium, dengan porosimeter yang didasarkan hokum Boyle. Gas digunakan sebagai pengganti cairan untuk menentukan volume pori tersebut. 2. Dari log listrik, log sonik, dan log radioakvitas. 3. Dari log kecepatan pemboran. 4. Dari pemeriksaan dan perkiraan secara mikroskopi. 5. Dari hilangnya inti pemboran. Pada bagian ini hanya dijelaskan mengenai metode penentuan nilai porositas di laboratorium. Terdapat tiga besaran yang dapat diukur di laboratorium, yaitu: volume total, volume pori dan volume butiran. Untuk perhitungan porositas hanya diperlukan dua antaranya, pengukuran ketiga-tiganya hanya diperlukan untuk cross cek saja. Volume total batuan/core sebenarnya dapat diukur dengan mengukur dimensinya kalau saja bentuk sampel batuan tersebut beraturan seperti kubus, silinder. Untuk bentuk yang tidak beraturan dimana pengukuran dimensi tidak dimungkinkan, maka pengukuran
35
36
dapat dilakukan dengan mengukur volume cairan yang terpindahkan kalau sampel batuan dicelupkan kedalam suatu fluida tertentu.
IV.1.1. Volume Total ( Bulk
Volume )
Meskipun bulk volume dapat dihitung dari dimensi sampel yang seragam menggunakan jangka sorong, prosedur yang biasa dipakai adalah dengan menjenuhkan core dengan cara divakumkan, lalu mengisi pori-porinya dengan suatu fluida. Hal ini sangat memudahkan perhitungan pada sampel yang memiliki bentuk tak teratur. Menjenuhkan core dengan suatu fluida dapat diobservasi secara volumetric dan gravimetrik. Keduanya sangat penting untuk menghindari rembesan fluida lain ke dalam pori-pori karena fluida dalam core yang dijenuhkan harus berada dalam 1 fasa. Masalah ini dapat diselesaikan dengan 3 cara (a) melapisi batuan dengan paraffin atau zat sejenisnya, (b) menjenuhkan batuan dengan fluida dengan cara dicelup ke dalamnya, atau (c) menggunakan mercury (Hg). Perhitungan bulk volume secara volumetrik dapat terselesaikan dengan mengukur langsung volume core dengan menggunakan jangka sorong. Perhitungan bulk volume secara gravimetrik diukur dengan menggunakan alat electric Hg picnometer atau volumeter yang terlebih dahulu dikalibrasi dengan bola-bola besi.
37
Metode mencari Volume Bulk :
1. Volumetrik (Mengukur Volume) a. Jatuhkan ke dalam cairan dan amati perubahan volume yang terjadi. Menggunakan alat yang bernama Russell Volumeter . Prinsip kerja dari alat Russell
Volumeter
ini
adalah
mengukur
volume
fluida
yang
terdisplacement oleh volume core sehingga diketahui volume bulk dari core sample. Cara kerjanya adalah dengan menempatkan core sample pada core bottle.
Sebelumnya Russell
Volumeter harus
diisi
dengan
fluida
(tetrakloroetana atau mercury) dan dikalibrasi sehingga diketahui zero point . Setelah core sample dimasukkan maka fluida yang terdisplacement akan terlihat di graduated tube.
Gambar 17. Volumeter Russell untuk penentuan volume butiran dan bulk dari sampel batuan. (Ariadji)
38
b. Harus dicegah cairan uji yang akan memasuki pori – pori :
Lapisi dengan paraffin, atau
Dijenuhkan terlebih dahulu dengan cairan uji, atau
Gunakan mercury sebagai cairan uji.
2. Gravimetrik (Mengukur Massa) a. Ukur perubahan berat di dalam sampel pada saat tenggelam di dalam fluida.
Ukur berat sampel.
Ukur berat sampel pada saat tenggelam di dalam cairan.
Perbedaannya adalah Gaya Apung (Bouyancy).
Archimedes : Gaya Apung (Bouyancy) sama dengan berat cairan yang dipindahkan. Berat cairan dipindahkan = Bouyancy Berat cairan dipindahkan = Wdi udara – Wdi cairan Volume cairan dipindahkan =
Vb = volume bulk sampel =
Cairan uji harus dicegah dari memasuki sampel core. Lapisi dengan lilin atau jenuhkan.
39
b. Penggunaan Electric Hg Picnometer . Prinsipnya adalah dengan mengukur volume air raksa yang terganti dari core yg dijenuhkan. Telebih dahulu, alat ini dikalibrasi dengan menggunakan bola-bola besi untuk mendapatkan grafik simpangan vs volume. Bola besi dapat diasumsikan sebagai volume butir batuan. Setelah mendapatkan persamaan linier antara simpangan dan volume, kita ukur core yg telah dijenuhkan dan kita mendapatkan volume bulk dari simpangan yang didapat.
Gambar 18. Electric pycnometer untuk mengukur volume bulk dari sampel yg kecil. (Amyx, Bass Jr, Whiting, 1960)
Cara Kerja :
Timbang sampel.
Timbang pycnometer yang telah terisi cairan.
40
Timbang pycnometer berisi sampel dan cairan. Rumus :
=
Vb = volume of displaced liquid =
Cairan uji harus dicegah untuk tidak memasuki core sampel.
Contoh : 4.1.Sampel yang dilapisi paraffin dicelupkan ke dalam air. A = berat sampel kering di udara = 20.0 gr B = berat sampel kering yang dilapisi paraffin = 20.9 gr (densitas paraffin = 0.9 gr/cc 0
C = berat sampel dilapisi paraffin yang dicelupkan ke dalam air pada suhu 40 F = 10.0 gr (densitas air = 1 gr/cc) Berapakah volume bulk sampel? Jawaban :
Berat selubung paraffin
= B – A = 20.9 gr – 20.0 gr = 0.9 gr
Volume selubung paraffin
=
= 1.0 cc
Berat air yang terpindahkan = B – C = 20.9 gr – 10.0 gr = 10.9 gr
41
Volume air yang terpindahkan =
Volume bulk sampel
= 10.9 cc
= Volume air yang terpindahkan – volume selubung paraffin = 10.9 cc – 1.0 cc = 9.9 cc
4.2.Sampel tersaturasi air dicelupkan ke dalam air. A = berat sampel kering di udara = 20.0 gr D = berat sampel tersaturasi di udara = 22.5 gr 0
E = berat sampel tersaturasi di air pada suhu 40 F = 12.6 gr Berapakah volume bulk sampel? Jawaban : Berat air yang terpindahkan = D – E = 22.5 gr – 12.6 gr = 9.9 gr Volume Bulk = Volume air yang terpindahkan =
= 9.9 cc
4.3.Sampel kering dicelupkan ke dalam Mercury Pycnometer . A = berat sampel kering di udara = 20.0 gr 0
F = berat picnometer terisi mercury pada suhu 20 C = 350.0 gr 0
G = berat picnometer terisi mercury dan sampel pada suhu 20 C = 235.9 gr (densitas mercury = 13.546 gr/cc) Berapakah volume bulk sampel?
42
Jawaban : Berat sampel + berat picnometer berisi mercury = A + F = 20 gr + 350 gr = 370 gr. Berat mercury dipindahkan = (A + F) – G = 370 gr – 235.9 gr = 134.1 gr Volume mercury dipindahkan =
= 9.9 cc
Jadi, volume bulk (Vb) sampel batuan = 9.9 cc
IV.1.2. Volume Butir Pasir ( Sand-Grain
) Volu me
Volume butir dapat dihitung dari berat kering sampel dan densitas butir pasir. Dari berbagai percobaan sebelumnya, hasil perhitungan akan cukup akurat apabila memakai densitas kuarsa sebesar 2.65 gr/cc seba gai densitas butir pasir.
Metode mencari Volume Butiran :
1. Metode Melcher-Nutting. Dalam teknik Melcher-Nutting, semua pengukuran yang terdeterminasi bersifat gravimetrik, memanfaatkan prinsip Bouyancy. Pertama hitung dahulu bulk volume sampel. Kedua, hancurkan sampel sampai ukuran butiran lalu hitung volumenya.
43
2. Metode Russell Metode Russell menggunakan sebuah volumeter yang dirancang khusus (Gambar 17), maka volume bulk dan volume butiran dideterminasi secara volumetrik. Langsung melihat perubahan volume yang terjadi pada alat Russell volumeter untuk menghitung bulk volume dan volume butir.
Contoh : 4.4.Volume butir pasir menggunakan Metode Melcher-Nutting. A = berat sampel kering dihancurkan di udara = 16.0 gr A’ = berat sampel yg dihancurkan ditambah air yang terserap = 16.1 gr 0
B = berat picnometer terisi dengan air pada suhu 40 F = 65.0 gr 0
C = berat picnometer terisi dengan sampel dan air pada suhu 40 F = 75.0 gr Berapa volume butiran sampel? Jawaban : Berat picnometer terisi dengan air + berat sampel kering dihancurkan = B + A = 65.0 gr + 16.0 gr = 81.0 gr Berat air yang dipindahkan = (B + A) – C = 81.0 gr – 75.0 gr = 6.0 gr Volume air yang dipindahkan =
Jadi, volume butir sampel = 6.0 cc
= 6.0 cc
44
Porositas dapat dihitung dari hasil perhitungan volume butir (Contoh 4.4.) dan volume bulk (Contoh 4.1.). Nilai porositas yang didapat berupa nilai porositas total.
Contoh : 4.5.Menghitung porositas total. Dari contoh 4.4. Densitas butir pasir =
= 2.67 gr/cc
Dari contoh 4.1. Berat sampel kering di udara = 20.0 gr Volume bulk sampel = 9.9 cc Volume butiran sampel =
Porositas total = =
=
=
() () ()
–
= 7.5 cc
x 100
x 100 = 24.2 %
Ada metode untuk menghitung volume efektif butir (effective grain volume) dan porositas efektif (effective porosity) yaitu dengan Steven porosimeter (Gambar 19) dan The Bureau of Mines gas expansion porosimeter (Gambar 20). Keduanya memakai prinsip gas expansion dengan cara mengembangkan udara dan melihat perubahan volumenya.
45
Porosimeter (Gambar 19). terdiri dari sebuah core chamber yang dapat diisolasi terhadap tekanan atmosfer oleh sebuah needle valve. Volume core chamber diketahui secara akurat. Dalam operasi core ditempatkan dalam core chamber ; gas dimasukan dengan menggunakan mercury reservoir ; udara pada core dan ruangan akan bertambah ke dalam sistem dan kemudian tekanan udara diukur pada graduated tube. Perbedaan pada volume core chamber dan udara yang dimasukan adalah volume butiran efektif.
Gambar 19. Stevens Porosimeter (Stevens, 1939 dalam Amyx, Bass Jr, Whiting, 1960)
46
Gambar 20. Bureau of mines gas-expansion porosimeter. (Rall dan Taliaferro, 1948 dalam Amyx, Bass Jr, Whiting, 1960)
IV.1.3. Volume Pori (Pore Volu me )
Semua metode perhitungan volume pori menghasilkan effective porosity. Metode
yang
digunakan
bisa
mengambil
fluida
dari
dalam
batuan
(memvakumkannya) atau memasukkan fluida ke pori-pori batuan. Alat yang digunakan yaitu Washburn-Bunting porosimeter, Kobe porosimeter, atau Mercury Pump Porosimeter. Di bawah ini adalah beberapa metode menentukan volume pori : Washburn-Bunting Porosimeter. Alat ini mengukur volume udara yang diambil dari ruang pori dengan membuat vakum sebagian dalam porosimeter dengan
47
menggunakan mercury reservoir yang dipasang pada alat. Metode Stevens yang dijelaskan sebelumnya merupakan modifikasi dari Washburn-Bunting.
Gambar 21. Washburn-Bunting Porosimeter (Stevens, 1939 dalam Amyx, Bass Jr, Whiting, 1960)
Beberapa alat yang dibuat untuk mengukur volume pori adalah Kobe Porosimeter dan Mercury Pump Porosimeter . Metode saturasi ditentukan dengan cara menjenuhkan sebuah sampel kering yang bersih dengan sebuah fluida yang diketahui densitasnya, dan menentukan volume pori dari berat sampel yang didapat. Sampel biasanya dipindahkan ke dalam sebuah botol yang kosong (vacuum flask ) kemudian dijenuhkan dengan fluida dengan menggunakan separatory funnel .
48
Gambar 22. Mercury porosimeter dan capillary-pressure apparatus (Amyx, Bass Jr, Whiting, 1960)
Contoh : 4.6.Menghitung porositas efektif dengan metode saturasi. Dari data contoh 4.2. A = berat sampel kering di udara = 20.0 gr D = berat sampel tersaturasi di udara = 22.5 gr Densitas fluida penjenuh (air) = 1.00 gr/cc Porositas efektif = ? Jawaban : Berat air dalam ruang berpori = D – A = 22.5 – 20.0 = 2.5 gr Volume air dalam ruang berpori =
= 2.5 cc
49
Jadi, volume efektif pori = 2.5 cc Volume bulk (dari contoh 4.2.) = 9.9 cc Porositas efektif =
x 100 = 25.3 %
IV.2. Perhitungan Laboratorium Permeabilitas.
Permeabilitas dapat ditentukan melalui beberapa cara, yaitu : a. Dengan menggunakan hukum Darcy yang data – datanya diperoleh dari analisis core di laboratorium. b. Dengan well-test analysis (flow testing). c. Dengan mengukur aliran kedalam sumur pada logging produksi. d. Dengan cara log data menggunakan Magnetic Resonance Imaging (MRI) yang dikalibrasi melalui analisis core.
Permeabilitas adalah ukuran kemampuan suatu media berpori untuk mengalirkan fluida. Satuan permeabilitas adalah Darcy atau milidarcy (1 Darcy = 1000 milidarcy). 1 (satu) darcy didefenisikan dengan viskositas 1 cp, dengan 3
kecepatan laminar 1 cm /detik apabila 1 atm setiap jarak 1 cm. Rumus Darcy adalah : K=
50
Keterangan : K = Permeabilitas, Darcy µ
= Viskositas fluida test pada temperature pengukuran, cp
Q = Kecepatan volumetric aliran, cc/detik L = Panjang core, cm 3
A = Luas penampang, cm
ΔP = Perbedaan tekanan, atm
Gambar 23. Permeability Apparatus. (Stevens, 1939 dalam Amyx, Bass Jr, Whiting, 1960)
51
Gambar 24. Ruska Universal Permeameter. (Stevens, 1939 dalam Amyx, Bass Jr, Whiting, 1960)
Contoh : (Menggunakan Data Firdaus Apriadi, 2004)
Perhitungan permeabilitas secara vertikal. -
Panjang batuan diukur
= 2.6 cm
-
Diameter batuan diukur
= 2.52 cm
-
P diukur
= 1 atm
-
Luas batuan dihitung
=
=
2
= 4.98759 cm
52
-
μ gas dilihat pada grafik small karena ΔP diukur 1 atm, maka µ gas = 0.01783 cp
-
Flowrator reading diukur = 3.60 dengan menggunakan small flowmeter (S)
-
Debit aliran (φ) = 0.175 cc/detik dilihat pada grafik viskositas.
Permeabilitas (K)
=
=
-3
= 1.6266 x 10 D = 1.6266 mD (Ketat/tight ) -
Temperatur pengukuran diukur = 29°C
Perhitungan permeabilitas secara horizontal. -
Panjang batuan diukur
= 3.02 cm
-
Diameter batuan diukur
= 2.52 cm
-
Luas batuan dihitung
=
=
2
= 4.98759 cm -
P diukur = 1 atm
53
-
μ gas dilihat pada grafik small karena ΔP diukur 1 atm, maka µ gas = 0.01783 cp
-
Flowrator reading diukur = 6.10 dengan menggunakan small flowmeter (S)
-
Debit aliran (φ) = 0.32 cc/detik dilihat pada grafik viskositas.
Permeabilitas (K)
=
=
-3
= 3.4548 x 10 D = 3.4548 mD (Ketat/tight ) -
Temperatur pengukuran diukur = 29°C
